組成細(xì)胞的基本元素,組成細(xì)胞的基本元素有多少種

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18:00

生 化 時(shí) 間

在高中生物學(xué)習(xí)的開頭

老師就讓大家背過

細(xì)胞的元素組成中

基本元素是C、H、O、N

大量元素有C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg

微量元素有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo······

背是背熟了

但大家有沒有想過

為啥就是這幾種元素呢？

元素周期表里元素上百種

為啥就"寧"幾個(gè)是"帶藝術(shù)家"

在幾十億年的生物演化史上持續(xù)"霸麥"

也不讓其他元素上臺(tái)唱一段兒？

這些元素到底有什么特殊之處

細(xì)胞為啥“選”它們作為組成自身的原料？

要解決這些問題

還得回到宇宙大爆炸的時(shí)候

這可不是故弄玄虛

這個(gè)問題

確實(shí)得從那時(shí)候說起······

01

元素的誕生

首先

我們帶大家看看元素到底是怎么來的

先給結(jié)論：

元素的產(chǎn)生

是由于宇宙大爆炸、恒星聚變和超新星爆炸

至于為啥？

往下看

大家都知道

元素的區(qū)分

就是看質(zhì)子數(shù)的不同

嚴(yán)格來說

所有元素都可以看作

n個(gè)質(zhì)子和其他粒子的組合

要產(chǎn)生的新的元素

就好比要將若干質(zhì)子

和一些其他粒子強(qiáng)行捏在一起

這需要很大并且適度的能量

能量太小肯定不成

能量太大又會(huì)打散已經(jīng)成型的原子核

總之就是特別麻煩

而宇宙大爆炸產(chǎn)生了巨大的能量

這給元素的誕生創(chuàng)造了第一個(gè)條件——

巨大的能量

但是還有一個(gè)問題

就是這些能量無法控制——

爆炸時(shí)的能量雖然很大

但是衰減也很快

一開始能量太大

沒有成型的粒子

后來能量衰減太快

錯(cuò)過了可以形成元素的能量區(qū)間

大規(guī)模聚變就喪失了條件

也很難形成元素

所以在劇烈爆炸和急劇衰變中間

只夾著一小段時(shí)間

滿足元素形成的條件

在這一小段時(shí)間內(nèi)

除了1號(hào)元素氫以外

只來得及形成一些2號(hào)元素氦

以及極少量的3號(hào)元素鋰

因此，宇宙大爆炸

只留下了一大堆氫（約75%）

和一小堆氦（約25%）

和極少數(shù)的鋰

問題又來了

宇宙大爆炸階段過去之后

后邊更多的元素咋誕生呢？

這就要來到十億年后

這時(shí)宇宙中出現(xiàn)了

第一代活躍的原住民——恒星

我們熟知的太陽就是恒星

恒星會(huì)不斷發(fā)生核聚變

它的內(nèi)部能量絕對(duì)大

足夠進(jìn)行更重的原子核形成

打個(gè)比方來說

恒星就好像太上老君的煉丹爐一樣

能夠不斷“煉”出新的元素

有了恒星之后

越來越多的元素開始產(chǎn)生

2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)······一直到26號(hào)Fe

一切都很順利

但是Fe之后

新元素的產(chǎn)生卻變得很困難

為啥呢？

這是因?yàn)?/p>

鐵原子核穩(wěn)定得很

簡(jiǎn)直堪稱原子核中的“穩(wěn)定標(biāo)兵”

不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f

原子序數(shù)比鐵小的元素

得想方設(shè)法核聚變?cè)黾幼约旱馁|(zhì)子數(shù)

原子序數(shù)比鐵大的元素

想方設(shè)法核裂變減少自己的質(zhì)子數(shù)

要改變鐵這種穩(wěn)定的狀態(tài)

需要巨大的能量

但恒星聚變的能量不夠大

所以鐵之后的元素

不能通過恒星核聚變形成了

既然煉丹爐里的能量不夠大

那怎么才能獲得更大的能量呢？

答案是：干脆把爐子炸掉

認(rèn)真的嗎？

認(rèn)真的

鐵之后的元素

就是在一些恒星死亡的時(shí)候——

也就是超新星爆炸的時(shí)候形成的

說了這么多

總結(jié)下來一句話

原子序號(hào)越大的元素，越難以形成

而越難以形成的元素

基本上在宇宙中的含量就越少

比如，太陽系中的元素組成就是這樣的

圖片來源:《走進(jìn)奇妙的元素周期表》

0 2

生命的“被選擇”

根據(jù)上一段的介紹

我們肯定知道了

元素是由于宇宙大爆炸

恒星聚變和超新星爆炸形成的

而地球只是一顆行星

她是沒能力自己產(chǎn)生新元素的

所以組成地球的基本元素

從一開始就基本確定了

而且其比例

和宇宙中元素存量的普遍規(guī)律相差不大

圖片來源：維基百科

我們?cè)賮砜纯丛刂芷诒?/p>

可以看到

構(gòu)成細(xì)胞的大量元素

都聚集在元素周期表的上方

這時(shí)候就會(huì)有同學(xué)要問了

為什么構(gòu)成細(xì)胞的元素

都聚集在元素周期表的上方呢？

從元素的角度來看

答案只有三個(gè)字

說起來有一丟丟"霸道"：數(shù)量多

從細(xì)胞的角度來看

答案也有三個(gè)字

說起來還有一丟丟悲涼：不得已

從進(jìn)化論的思考角度來說

所有在同一環(huán)境下競(jìng)爭(zhēng)的生物

適者生存，不適者被淘汰

對(duì)于生命來說

有機(jī)大分子是生命的標(biāo)志

對(duì)于早期由各種元素組成的大分子結(jié)構(gòu)來說

誰用常見、大量、易獲取的元素組成

誰就踩了"狗屎運(yùn)"

越可能適應(yīng)環(huán)境而生存

而誰用了不常見、少量、難獲取的元素

誰就越可能被淘汰

從概率的角度來說，

常見、大量、易獲取的元素

也有更大的概率被生命吸收

作為組成身體的元素

不常見、少量、難獲取的元素

則被嘗試的概率很小

所以，問題并不是生命"選擇"用哪些元素

而是哪些元素更多

哪種元素更能讓生命盡可能活下去

但是有些同學(xué)又要問了

有些存量也很多的元素

占據(jù)著得天獨(dú)厚的位置

但并沒有成為生命體的大量原料

這又是為啥呢？

這些"表現(xiàn)不好"的元素

我來點(diǎn)幾個(gè)名：

首先是

2號(hào)元素He

10號(hào)元素Ne和18號(hào)元素Ar

氦這種元素

真是讓人忍不住嘆氣——嗨！

因?yàn)椋@元素實(shí)在是太穩(wěn)定了

在化學(xué)中是惰性氣體的一員

壓根不喜歡和別的元素發(fā)生反應(yīng)

如果元素總喜歡自己?jiǎn)位?/strong>

幾乎從來不合其他元素組成化合物

那它們構(gòu)成生命的可能性就太低了

畢竟生命體需要不斷進(jìn)行各種反應(yīng)

10號(hào)元素Ne和18號(hào)元素Ar

都不存在與生物體內(nèi)

也是這個(gè)原因

我們?cè)賮碚f說9號(hào)元素F

一方面，F(xiàn)的存量相比周圍的O、Ne

也是一個(gè)大滑坡

另外F原子核本身不夠穩(wěn)定

從化學(xué)角度來看

F的氧化性太強(qiáng)了

強(qiáng)到能和萬年solo惰性氣體發(fā)生反應(yīng)······

在氧化還原反應(yīng)中

不論是反應(yīng)速度還是反應(yīng)程度

都過于"霸道"而無法控制

而因?yàn)槠浞磻?yīng)過于徹底

改變其化合物也變得困難

這種不受控制的元素

用來構(gòu)成生命也不合適

畢竟生命體還是要維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)

0 3

小結(jié)

每種元素都有自己的特點(diǎn)

生命與這些元素的結(jié)合程度

取決于非常多的因素

今天我們所講的因素只是其中的一些

一句話總結(jié)就是：

元素在生物體內(nèi)的含量

與其在環(huán)境中的存在多少

以及化學(xué)性質(zhì)的活潑程度有關(guān)系

你學(xué)會(huì)了嗎

歡迎在留言區(qū)一起探討

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